循环流化床锅炉组合脱硫经济性分析与运行优化研究

摘要

循环流化床(CFB)锅炉常采用炉内脱硫方式降低SO2排放,该方式运行成本低、流程简单。随着火电厂燃煤机组大气污染物超低排放标准的实施,大量CFB锅炉配备了烟气脱硫装置,采用组合脱硫的运行方式实现S02的超低排放。因此,深入分析CFB锅炉机组组合脱硫系统的综合运行成本,探索组合脱硫系统的经济运行模式具有重要意义。本文主要进行了如下工作:(1)基于CFB锅炉炉内脱硫、炉外脱硫的特性分析,构建了 CFB锅炉组合脱硫系统的综合运行成本模型,主要包括:炉内石灰石成本、电耗成本、热损失成本,炉外石灰石成本、电耗成本、工业用水成本、废水处理成本、石膏收益。以某300MW亚临界CFB锅炉机组组合脱硫系统(炉内脱硫与烟气湿法脱硫)为研究对象,利用该机组的炉内运行数据与数据回归分析,建立了基于床温、钙硫摩尔比(Ca/S 比)的炉内脱硫效率计算模型。仿真结果表明,该模型能够适用于不同负荷工况下炉内脱硫效率的计算;利用炉外脱硫系统的运行数据,建立了不同负荷工况下炉外脱硫效率的计算模型,主要考虑了浆液循环泵的开启台数、吸收塔入口烟气SO2浓度、负荷指令对炉外脱硫效率的影响。(2)基于炉内、炉外脱硫效率模型、该300MW亚临界CFB锅炉炉外脱硫系统的设计参数,以净烟气SO2排放浓度小于35mg/Nm3为条件,采用单目标粒子群优化算法对综合运行成本进行寻优求解,得到了该机组在4个典型负荷工况下的最佳炉内外脱硫比例、最佳炉内脱硫Ca/S,确定了组合脱硫系统最佳运行模式。结果表明,随着机组的负荷降低,应提高炉内脱硫比例,降低组合脱硫系统的综合运行成本。(3)分析了煤种收到基全硫量、石灰石价格、上网电价的变化、炉内脱硫效率的提高对组合脱硫系统经济运行模式的影响。基于组合脱硫系统的综合运行成本模型,寻优求解确定了4个典型负荷工况下,不同参数条件所对应的最优炉内外脱硫份额、炉内钙硫比和浆液循环泵运行台数,实现了组合脱硫的运行优化。仿真结果表明:当煤种含硫量St,ar由 0.5%升高至0.93%时,炉内脱硫份额先降低。随着St,ar继续提高至2.0%,炉内脱硫份额逐渐提高;当石灰石价格提高,炉内脱硫份额随之降低;当上网电价和炉内脱硫效率提高,炉内脱硫份额随之提高。(4)对比分析了该300MW亚临界CFB锅炉组合脱硫系统优化前后的运行总成本。结果显示:经过优化后的组合脱硫系统,可以充分发挥炉内脱硫优势、适当降低炉外的能耗物耗。在不同负荷工况下,脱硫运行总成本降幅分别为1.25%、5.07%、13.03%和16.04%。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究意义

1.1.3 火电厂脱硫技术

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 CFB锅炉脱硫机理与脱硫技术研究

2.1 引言

2.2 循环流化床炉内脱硫机理及其影响因素

2.2.1 SO

生成与炉内脱硫机理分析

2.2.2 炉内脱硫效率的影响因素分析

2.3 循环流化床炉外烟气脱硫机理及其影响因素

2.3.1 炉外石灰石-石膏湿法烟气脱硫机理分析

2.3.2 炉外湿法脱硫效率的影响因素分析

2.4 本章小结

第3章 CFB组合脱硫经济性指标建模与分析

3.1 引言

3.2 循环流化床组合脱硫技术

3.3 炉内脱硫系统经济指标建模

3.3.1 炉内脱硫石灰石消耗量

3.3.2 炉内脱硫效率

3.3.3 炉内耗电量

3.3.4 炉内脱硫锅炉热损失

3.4 炉外脱硫系统经济指标建模

3.4.1 炉外脱硫石灰石消耗量

3.4.2 炉外脱硫效率

3.4.3 炉外脱硫耗电量

3.4.4 炉外脱硫工业用水量

3.4.5 炉外脱硫石膏产量

3.5 本章小结

第4章 CFB组合脱硫系统经济性运行优化

4.1 引言

4.2 研究对象介绍

4.2.1 循环流化床组合脱硫系统设备概述

4.2.2 系统运行设备关键参数

4.3 组合脱硫系统运行成本建模

4.4 粒子群算法

4.5 仿真与分析

4.5.1 炉内脱硫效率模型

4.5.2 组合脱硫系统运行总成本

4.5.3 组合脱硫系统的运行优化

4.5.4 运行模式优化前后的经济性比较

4.6 本章小结

第5章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 对未来的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢